بهینه سازی کاتدهای پیل سوختی اکسید جامد بر پایه لانتانیوم توسط امواج مایکروویو

پیل سوختی وسیله ای الکتروشیمیایی است که به طور مستقیم انرژی شیمیایی را به انرژی الکتریکی تبدیل می کند. هر پیل سوختی شامل سه جزء اصلی کاتد، الکترولیت و آند است. پیل سوختی به علت تبدیل مستقیم انرژی شیمیایی به الکتریسیته، دارای بازده ای بالاتر از ماشین های گرمایی است و درعین حال آلودگی های زیست محیطی حداقلی را داراست. یکی از انواع پیل سوختی، پیل سوختی اکسید جامد است که از الکترولیت جامد بهره می برند. این دسته از پیل ها دارای راندمان بالاتر، تنوع استفاده در سوخت، عمر بیشتر و هزینه کمتر نسبت به بقیه پیل ها هستند. عمده مشکل دمای کاری بالای آنهاست که باعث زمان راه اندازی طولانی و مشکلات سازگاری مکانیکی و شیمیایی می شود. امروزه سعی بر این است که دمای کاری پیل را پایین تر آورده بدون آنکه عملکرد کلی آن دچار افت محسوسی شود. یکی از راه های کاهش دما، بهبود در ساختار و ویژگی های کاتد های موجود برای به دست آوردن عملکرد حداکثری است؛ با در نظر گرفتن این نکته که عملکرد پیل سوختی اکسید جامد توسط کاتد محدود می شود. در میان روش های مختلف موجود در ساخت این پیل ها، علاقه برای استفاده از امواج ماکرویو به عنوان منبع انرژی برای ساخت و بازپخت سرامیک ها در چند دهه اخیر افزایش چشم گیری یافته است. این امر ناشی از برتری های آن ازجمله زمان کمتر و کیفیت بهتر مواد حاصل شده از این روش است. در این تحقیق از کاتد اکسید پروسکایتی بر پایه لانتانیوم به علت رسانندگی خوب دوگان? الکترونی و یونی، پایداری شیمیایی و عملکرد کاتالیستی مناسب خود استفاده شده است. از روش سل-ژل برای ساخت آن بهره گرفته شد. تأثیر امواج ماکرویو بر روی ساخت و بازپخت مورد بررسی قرار گرفت. از آنالیز xrd مشخص شد که امواج ماکرویو تأثیر شگرفی بر روی ساخت ماده دارند و ویژگی های بلوری آن را در مقایسه با روش های ساخت معمول بهبود چشم گیری می بخشند. با مطالعه پهن شدگی پراش اشعه x مشخص شد بازپخت با این امواج سبب ایجاد تنش جهت یافته در ماده شده است. با بررسی رفتار مقاومت این مواد برحسب دما مشخص شد که مواد ساخته شده به روش ماکرویو به علت رشد بلوری بهتر و تهی جای بیشتر اکسیژن در دماهای کمتری به رسانندگی دوگانه می رسند که سبب افزایش منطقه فعال بین الکترولیت و کاتد می شود و موجب بهبود عملکرد پیل خواهد شد. همچنین رسانش ناشی از جهش پلارون های کوچک تشخیص داده شد. انرژی فعال سازی کمتر، حاصل تأثیر امواج ماکرویو چه در ساخت و چه در بازپخت بود. برای بررسی ریخت شناسی این مواد از میکروسکوپ روبشی الکترونی بهره گرفته شد. در انتها نیز با استفاده از طیف نگاری امپدانس به بررسی خواص الکتروشیمیایی یک سل متقارن پرداختیم.